Владимир Львович Машков родился 27 ноября 1963 года в Туле в актерской семье. Вскоре после рождения Володи семья переезжает в Новокузнецк, а потом в Новосибирск. Почти все детство мальчик провел за кулисами кукольного театра, а в старших классах даже водил кукол в эпизодах.
После школы Машков собирается стать биологом и поступает в Новосибирский университет. Но на втором курсе бросает его и начинает учиться в Новосибирском театральном училище. За драку будущего актера выгоняют из училища, и он уезжает в Москву и поступает в Школу-студию МХАТ. Но вскоре Машкова за плохое поведение на год отстраняют от учебы. Владимир остается в МХАТе декоратором.
Одновременно снова начинает заниматься на курсе у Олега Табакова, оканчивает школу-студию МХАТ в 1990 году и затем переходит в его театр. В кино Машков дебютировал в 1989 году в ленте «Зелёный огонь козы». Но самую громкую славу и лавры принесли актеру фильмы «Вор» и «Лимита». За них Машков получил награды «Киношок», «Ника», «Золотой овен», «Кинотавр» и премию кинофестиваля «Молодые звезды Европы».
В 1994 году Владимир Машков пробует себя как режиссер и ставит спектакли «Звездный час по местному времени», «Страсти по Бумбарашу», «Смертельный номер», «Трехгрошовая опера». А в 1997 году режиссерским кинодебютом Машкова стала комедия «Сирота казанская».
В 2001 году актер начал сниматься в Голливуде в фильмах «Американская рапсодия», «Танцы в голубой игуане», «В тылу врага». Из ярких современных работ Машкова можно отметить роль Рогожина в телефильме Владимира Бортко «Идиот».
Дочь Машкова — Мария также пошла по стопам отца и стала актрисой.